物聯(lián)網(wǎng)邊界設(shè)備的迅速推廣，越來越需要低功耗、實(shí)時(shí)響應(yīng)的功能，例如傳感器融合、圖像和語音檢測(cè)、手勢(shì)識(shí)別以及音頻回放。要支持?jǐn)?shù)據(jù)資源的融合，就要把RISC和DSP處理高效結(jié)合起來。
　　本文闡述了如何利用那些針對(duì)高效DSP性能和超低功耗特性進(jìn)行過優(yōu)化和驗(yàn)證的高度集成化數(shù)據(jù)融合子系統(tǒng)來幫助客戶加速開發(fā)性能好、成本優(yōu)化的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，并加快其推向市場(chǎng)的速度。
　　傳感器融合到數(shù)據(jù)融合
　　把多個(gè)基礎(chǔ)傳感器原件結(jié)合起來以獲取更高維度數(shù)據(jù)的功能，稱為傳感器融合。例如，把加速計(jì)、指南針和陀螺儀的輸入結(jié)合起來跟蹤3D運(yùn)動(dòng)，這種功能在現(xiàn)代智能手機(jī)中司空見慣。由于半導(dǎo)體供應(yīng)商推行把傳感器接口集成到很多系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）里，有傳感器融合技術(shù)的系統(tǒng)數(shù)量持續(xù)暴增。
　　除了基礎(chǔ)的傳感器數(shù)據(jù)處理外，現(xiàn)今的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需要集成越來越多的功能，比如需要支持語音和手勢(shì)識(shí)別、音頻回放和基本的圖像檢測(cè)。實(shí)現(xiàn)這些功能需要較高的DSP處理能力，但是同時(shí)又必須盡可能降低功耗。數(shù)據(jù)融合已經(jīng)成為對(duì)諸如可穿戴個(gè)人健康與健身設(shè)備、無線耳機(jī)與音箱之類的物聯(lián)網(wǎng)邊界設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)要求。
　　集成化子系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
　　集成化水平提高的優(yōu)勢(shì)在于可以把芯片廠商的產(chǎn)品區(qū)分開來?，F(xiàn)在典型的“集成化”解決方案涉及到把各種數(shù)據(jù)資源的接口合并到一個(gè)類似微控制器的架構(gòu)里。如圖1所示，該架構(gòu)一般包括一個(gè)CPU，它通過片上總線連接到外設(shè)接口（ADC、SPI、I2C）和片上存儲(chǔ)器（ROM、RAM、eFlash）。處理器與標(biāo)準(zhǔn)總線（一般是基于AMBA的總線）相連，所有外部設(shè)備則連接到總線上。由于總線延遲和總線上要進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，處理器與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸要用三至七個(gè)或者更多個(gè)時(shí)鐘。從性能和功耗的角度來看，效率就很低。
　　
　　圖1：獨(dú)立實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與集成化子系統(tǒng)
　　與基于總線的一般系統(tǒng)相比，配備DesignWare? ARC? EM處理器的集成化IP子系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)很明顯，它既能簡化集成，又能減少片上延遲，降低功耗。
　　ARC EM處理器具備業(yè)界領(lǐng)先的功耗/性能效率比——延長對(duì)物聯(lián)網(wǎng)邊界設(shè)備至關(guān)重要的電池使用壽命。ARC EM DSP處理器在基礎(chǔ)RISC處理器基礎(chǔ)上添加了DSP指令和MUL/MAC硬件，使其具備語音或手勢(shì)識(shí)別和音頻回放等實(shí)時(shí)響應(yīng)功能。此外客戶可以選配FPU、MPU、microDMA，做到靈活的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)。
　　基于ARC處理器的子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)用寄存器傳輸指令替換了對(duì)I/O外設(shè)的訪存類指令，從而可以不使用片上總線接口。外設(shè)寄存器復(fù)用ARC處理器輔助寄存器的總線映射，把I/O外部設(shè)備接口的功能有效地植入CPU內(nèi)部，就可以淘汰各種總線和橋接器。指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也都可以通過類似的方式與處理器緊密集成，從而淘汰外部總線，減少訪問延遲。
　　ARC處理器和子系統(tǒng)還支持向內(nèi)核添加任意硬件擴(kuò)展的組合：CPU擴(kuò)展寄存器、輔助擴(kuò)展寄存器或內(nèi)存映射塊。設(shè)計(jì)人員還可以添加32位自定義指令。
　　終端用戶利用這些高級(jí)配置和擴(kuò)展理念可以創(chuàng)造出高度優(yōu)化的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)。
　　緊密集成的DMA改善了功耗和性能
　　諸多子系統(tǒng)可配置選項(xiàng)中有一個(gè)緊密集成的mircorDMA引擎。該DMA控制器可以使外設(shè)和其它系統(tǒng)資源不經(jīng)過CPU獨(dú)立訪問內(nèi)存，甚至在處理器處于休眠模式下。這樣可以真正做到節(jié)省CPU時(shí)鐘周期和動(dòng)態(tài)功耗。
　　為了量化它的價(jià)值，我們對(duì)比了使用ARC EM處理器的兩個(gè)基礎(chǔ)子系統(tǒng)：其中一個(gè)有緊密集成的DMA，一個(gè)沒有。用一個(gè)集成在子系統(tǒng)上的SPI外部設(shè)備把一條1800字節(jié)的信息傳送到環(huán)回模式（主發(fā)射機(jī)Tx -》 主接收機(jī)Rx）。兩個(gè)子系統(tǒng)的CPU時(shí)鐘頻率均設(shè)為10MHz，指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ICCM & DCCM）都是32 KB，測(cè)量兩種情況的有效時(shí)鐘周期和動(dòng)態(tài)功耗。